RFID Tag Antenna Simulation at 2.45 GHz

Radio Frequency Identification (RFID) ist ein Tracking-/Identifizierungssystem, das in vielen Branchen wie der Personen- oder Warenverfolgung, dem Zugangsmanagement, dem Inkasso und vielen anderen Dingen eingesetzt wird. Diese Technologie basiert auf der hochfrequenten Datenübertragung von einem elektronischen Etikett (dem „Tag“) zu einer Basis (dem „Reader“), um die Daten zu verarbeiten. Das RFID-Tag sollte relativ klein sein. Es kann sowohl aktiv als auch passiv sein. Unabhängig vom Typ haben alle RFID-Tags zwei Hauptkomponenten: eine Antenne, die Daten sendet und empfängt, und eine integrierte Schaltung (IC), die als Transponder bezeichnet wird und die Datenverarbeitung, Datenspeicherung und Signalmodulation übernimmt.

In diesem Beispiel haben wir eine Antenne simuliert, die für ein RFID-Tag ausgelegt ist. Diese Antenne wurde 2009 in einer IEEE-Veröffentlichung von LU et al.

Abbildung 1 - RFID-Tag-Antenne

Simulation

RFID-Tags mit niedrigen Frequenzen (LF: 125 - 134,2 kHz und 140 - 148,5 kHz) und hohen Frequenzen (HF: 13,56 MHz) können weltweit ohne Lizenz verwendet werden. Ultrahochfrequenz (UHF: 868 MHz - 928 MHz) kann nicht global verwendet werden, da es keinen gemeinsamen globalen Standard gibt.

Abbildung 2 - Frequenzbereiche für RFID-Systeme [1]

Wie wir in der Abbildung sehen können, können RFID-Tags in mehreren Frequenzbereichen verwendet werden. Die für dieses Tutorial verwendete Frequenz liegt bei 2,45 GHz. Aus diesem Grund erstellen wir eine Antennenstudie mit einem Fast-Sweep-Frequenzplan mit 101 Frequenzen, die bei 2,5 GHz und zwischen 2 und 3 GHz verteilt sind. In einem weiteren Schritt; Wir führen eine Einzelpunktsimulation bei 2,45 GHz durch, um Strahlungsmuster zu zeichnen.

Eingabegrößen und Randbedingungen

Die Antenne ist auf einem Duroid 6006-Substrat aufgebaut und der gedruckten Schicht ist eine PEC-Randbedingung zugeordnet.

Ergebnis

Bei der benutzerdefinierten Mittenfrequenz können wir das elektrische und magnetische Feld in verschiedenen Einstellungen anzeigen: z. B. Iso- und Abschnittsbeschneidung, Animation des Felds durch Variation der Omega-T-Phase und Änderung der Farben des Diagramms, um relevante Intensitäten anzuzeigen. Wir finden hier eine Aufnahme einer elektrischen Feldverteilung, die auf der Oberfläche der Antennenplatine entdeckt wurde.

Abbildung 3 - 3D-Ansicht der elektrischen Feldverteilung

Abbildung 3 - Strahlungsmuster der Antenne

Für Antennenstudien ist es immer intuitiv, die am besten passende Frequenz am Eingangsport abzurufen. Für diese RFID-Tag-Antenne haben wir eine Rückflussdämpfung von besser als 20 dB bei 2,45 GHz, was für die Art der Anwendung ideal ist.

Abbildung 4 - Reflexionskoeffizient am Antennenanschluss

Abbildung 5 - Rückflussdämpfung des Filters in verschiedenen Konfigurationen

Der Reflexionskoeffizient kann auch in einem Smith-Diagramm aufgezeichnet werden, und es steht eine Markierung zur Verfügung, mit der die Kurve verfolgt und die geeignete Frequenz für jeden Punkt ermittelt werden kann.

Verweise

[1] RFIDEA: Engineering & Applications in electronic traceability